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蒸發濃縮設備詳細結構

靜態混合器|混合器|管道混合器 加入時間:2017-10-30 16:25:57  點擊:

蒸發結晶系統中,濃縮設備是其中非常重要的一部分,真空濃縮設備、中央循環管式濃縮設備、升降膜式蒸發濃縮設備等多設備的詳細介紹,小七帶你來好好學學。


 

濃縮設備的分類


1.按壓力分


 

常壓濃縮設備:蒸發面為常壓;溶劑氣化后直接排入大氣。特點:設備結構簡單、投資省、維修方便,但蒸發速率低,能量損耗大,易破壞物料中營養成分。


 

真空濃縮設備:蒸發面上氣化后處于負壓狀態,特點是優點:加熱蒸汽與沸騰液體之間的溫度差可以增大;可利用壓強較低的蒸汽作為加熱介質;使濃縮設備的熱損失減少。缺點:增加附屬設備及動力,成本高;熱量消耗大。


 


 


 


 

電加熱夾層鍋


 

 

可傾式夾層鍋


 


 


 


 


 

不銹鋼攪拌夾層鍋


 

2.按蒸汽利用的次數分


 

雙效濃縮設備:二次利用;


 

多效濃縮設備:三次或三次以上利用;


 

帶有熱泵的濃縮設備:熱泵再次加熱利用。


 

3.按料液的流程分


 

單程式、循環式(自然循環和強制循環)。


 

4.按料液分布狀態分


 

薄膜式:分散成薄膜狀,蒸發面大,蒸發快。它分為升膜式、降膜式、升降膜式、片式、刮板式和離心式薄膜蒸發器。


 

非膜式:大蒸發面。它按料液管路中流動,管路又分為盤管式濃縮器、中央循環管式濃縮器。


 


 

多效蒸發結晶能耗


工業生產中常遇到要求處理大量料液并汽化大量水分的情況,為了節約加熱蒸汽,可采用多效。


 

多效蒸發是將多臺蒸發器首尾相接,串聯操作的系統,后一效的操作壓力和溶液沸點均較前一效低,僅在操作壓力最高的第一效加入新鮮的加熱蒸汽,所產生的二次蒸汽通入后一效的加熱室作為后一效的加熱蒸汽,即后一效的加熱室成為前一效二次蒸汽的冷凝器,最末效往往是在真空下的操作的,只有末效的二次蒸汽才用冷卻介質冷凝。因此多效蒸發不但明顯地減少了加熱蒸汽的耗量,同時也明顯的減少了冷卻水的耗量,理想條件下,生蒸汽及冷卻水耗量與效數間的關系見下表:


 


 

 


 

真空濃縮設備


1.單效真空濃縮設備特點


 

(1)真空下蒸發濃縮,配有抽真空裝置;


 

(2)蒸汽一次利用,熱能利用率高,但是二次蒸汽未充分利用;


 

(3)結構簡單,操作方便,傳熱系數高,操作控制容易;


 

(4)傳熱面積小(管道),生產能力低,料液循環差,盤管表面易結垢;


 

(5)清洗困難。


 

2.中央循環管式濃縮鍋


 

(1)基本原理:


 

由于傳熱產生重度差,形成了自然循環,液面上的水汽向上部負壓空間迅速蒸發,從而達到濃縮的目的。


 


 


 


 

(2)基本結構:


 

  • 鍋體:鍋底、加熱室—蒸汽容納空間。


     

  • 加熱器體:中央循環管(截面積為總面積的40%-100%)和上下管板及加熱管束(直徑25mm-75mm),長徑比為20-40,液料在管內流動而加熱蒸汽在管束之間流動。


     

  • 管道(口):真空系統、料液進出口、不凝氣出口、冷凝水出口、二次蒸汽出口。


     

  • 蒸發室:蒸發室是指料液液面上部的圓筒空間。料液經加熱后汽化,必須具有一定高度和空間,使汽液進行分離,二次蒸汽上升,溶液經中央循環管下降,如此保證料液不斷循環和濃縮。


     

    蒸發室的高度,主要根據防止料液被二次蒸汽夾帶的上升速度所決定,同時考慮清洗、維修加熱管的方便,一般為加熱管長度的1.1~1.5倍。


     

  • 附件:人孔、儀表、取樣口及視鏡等。


 

(3)不凝氣體處理:


 

加熱室中不凝縮氣體的排除:


 

加熱蒸汽熱交換后,放掉熱,而冷凝成水,從下面排出。如上圖所示,可是蒸汽中有一部分氣體是混入的空氣或氨等不凝縮氣體,不能排除。如果不及時排除。


 

會在加熱室內愈積愈多,嚴重影響熱效率,在A處放出輕的不凝氣;B處放出重的不凝氣。排出位置的選擇很重要,視不凝氣積聚于何處而定,此管可接在真空系統。


 

蒸汽中混入不凝氣體的原因有三:


 

鍋爐水中混入溶解著的空氣和其它氣體、(若用的是冷凝水就不存在此情況)。如果用河水或井水,可以用開口爐燒開后再入鍋爐,可去除大部分空氣。


 

因在真空下操作,有空氣從接頭處漏入,造成二次蒸汽中混入不凝性氣體。


 

如果是多效系統。則應注意料液中往往也會有溶解著的不凝氣體,有時甚至還含有對材料具腐蝕性的惡性氣體,應及時排除。不凝性氣會形成薄膜,包住加熱管。


 

因為氣體不是好的熱導體,加熱蒸汽需通過它才能與壁內溶液進行熱交換;因而傳熱效果就低了。


 

(4)使用注意事項:


 

  • 一般開始操作時,先通入加熱蒸汽于鍋內趕走空氣,后開啟抽真空系統,造成鍋內真空;


     

  • 待加熱器體內充滿液體后,再開蒸汽閥門;


     

  • 取樣檢驗,達到所需濃度時,解除真空即可出料;


     

  • 加熱蒸汽壓力應視不同物料選擇,不宜太高,否則易發生焦管現象。


 

液膜式蒸發濃縮設備


1.特點


 

料液在管壁或器壁上分散成液膜的形式流動(上升、下降或上升與下降組合),從而使蒸發面積增加,提高濃縮效率。


 

2.分類


 

(1)按液膜形成方式分:自然循環式蒸發器和強制循環式蒸發器;


 

(2)按液膜運動方向分:升膜式蒸發器、降膜式蒸發器和升降膜式蒸發器。


 

3.升膜式蒸發器


 

(1)與中央循環管式濃縮鍋的區別:


 

中央循環管式濃縮鍋的料液是依靠傳熱產生的重度差排濃縮液,液面上的二次蒸汽靠負壓排出。而升膜式蒸發器是依靠膨脹的二次蒸汽產生向上的升力,二次蒸汽濃縮液進入分離器。


 

(2)結構:


 


 


 


 

加熱管(蒸發器):直徑為30mm-50mm的管子,長徑比為100-150。長管式加熱器結構比較復雜,殼體應考慮熱應力對結構的影響,需采用浮頭管板或在加熱器殼體上加膨脹節。有時可采用套管辦法來縮短管長;


 

汽液分離器:碰撞型、離心型、過濾型;


 

進口:蒸汽進口、料液進口;


 

出口:濃縮液出口、二次蒸汽出口、冷凝水出口。


 

(3)工程過程:


 

料液由料液進口進入蒸發器管內,在管內底部與蒸汽首先進行對流傳遞熱量(管外蒸汽熱量傳遞給管內料液),當料液獲得一定熱量達到沸騰狀態,進入管中間部開始產生蒸汽泡,使料液產生上升力;


 

由于料液熱量的連續獲得,產生二次蒸汽,膨脹的二次蒸汽產生強的上升力,料液呈薄膜狀在管內上行,到管頂部呈噴霧狀,以較高速度進入汽液分離器,二次蒸汽從分離器頂部排出,濃縮液達到濃度要求從分離器底部排出,未達到濃度要求再次由下導管送到底部再次加熱蒸發。


 

(4)注意事項:


 

  • 操作時,應嚴格控制進料量,防止管壁結焦現象發生;

  • 料液一般先預熱到沸點狀態進入加熱器體,以增加液膜比例,提高沸騰和傳熱系數;

  • 各管路密封性能要好,連接可靠;

  • 定期對密封墊進行更換和檢查。


 

4.降膜式蒸發器

      

與升膜式一樣,都屬于自然循環的液膜式蒸發濃縮設備,構造與升膜式相似,主要區別是料液由加熱器頂部加入,液體在重力作用下,沿管內壁成液膜狀向下流動,由于向下加速;


 

克服加速壓頭比升膜式小,沸點升高也小,且加熱蒸汽與料液溫差大,所以傳熱效果較好(關鍵:使料液均勻分布于各加熱管)。


 

料液分布器:導流管、篩板或噴嘴、旋液噴頭  


 


 


 

a.篩孔板式 b、噴霧型 c.鋸齒形導流管 d.螺旋溝槽導流管
e.典型導流管 f.篩孔板與導流管 結合 g.旋液型


 

5.升降膜式蒸發器


 

(1)兩組加熱管:一組升膜,另一組降膜

      

料液先進入升膜式加熱管,沸騰蒸發后,汽液混合物上升至頂部,然后轉入另一半加熱管,再進行降膜蒸發。濃縮液從頂部進入汽液分離器分離后,二蒸汽從分離器上部排入冷凝器,濃縮液從下部排出。


 

(2)特點


 

  • 符合物料的要求,初進入,濃度低,速度快,容易達到升膜要求,初步濃縮后,在降膜式中受重力作用下能沿管壁均勻分布形成薄膜;


     

  • 先升后降,有利于液體均布,加速湍動和攪動,進一步提高傳熱效果;


     

  • 升膜控制降膜的進料分配;


     

  • 串聯可提高產品的濃縮比,減低設備高度。


 

6.板式蒸發器


 


 

(1)結構


 

  • 板式加熱器:4片傳熱板組成一個板單元;

  • 汽液分離器:離心式(二次蒸汽和濃縮液在一起);

  • 進料管道:蒸汽進口、料液進口;

  • 附件:密封圈、調節板、緊固件和支架等。


 

(2)板式蒸發器的傳熱組合:


 


 

(3)加熱板間蒸汽與物料之流程:


 


 

(4)工作過程


 

料液經泵的作用強制通入板式加熱器體,在流經升膜和降膜段時受加熱蒸汽的作用,通過板壁對料液加熱濃縮,產生的濃縮液和二次蒸汽由底部通入匯集槽機出口通入分離器,分離濃縮液和二次蒸汽,分別從各出口排出,其中冷凝水由冷凝水出口排出。


 

(5)優缺點


 

優點:


 

  • 體積小,結構緊湊,加熱面積可隨意調整;

  • 加熱時間短;

  • 熱敏性物料的適應性好,如牛奶、果汁等;

  • 具有升膜和降膜的特點,傳熱系數高。


 

缺點:


 

  • 密封墊片易老化而產生泄漏;

  • 適用壓力有限;

  • 對粘度大的物料適應性差。


 

真空濃縮裝置的輔助設備


1.汽液分離器


 

又稱捕沫器、捕液器和除沫器。


 

(1)作用:


 

將蒸發過程中產生的霧沫中的溶液聚集并與二次蒸汽分離,減少料液的損失,同時防止污染管道及其它濃縮器的加熱面。


 

(2)要求


 

應具有良好的分離效果,其阻力損失盡可能的小,能保證液體連續地流向蒸發室內,同時應具備易于拆洗、沒有死角,結構簡單,尺寸小,材料消耗少等性能。


 

(3)類型與結構特點


 

碰撞型:二次蒸汽流經通道上,設有若干擋板,改變夾帶液滴運動方向,與擋板碰撞,沿擋板面流下,從而分離汽液。


 


 

離心型:二次蒸汽沿分離器的殼壁成切線方向導入,氣流產生回轉運動,液滴在離心力作用下被甩到分離器的內壁,并沿壁流下回到蒸發室內,二次蒸汽由頂部出口管排除。


 


 

過濾型:二次蒸汽通過多層金屬網或磁網等構成的捕液器,液滴粘附在其表面而二次蒸汽通過。


 


 

2.蒸汽冷凝器


 

(1)作用:


 

將真空濃縮所產生的二次蒸汽進行冷凝,并將其中的不凝性氣體(如空氣、二氧化碳等)分離,以減輕真空系統的容積負荷,同時保證達到所需的真空度。


 

大氣式、表面式、低水位、水力噴射器


 

(2)類型與特點:


 


 


 


 


 

a.大氣式冷凝器(又稱干式高位逆流冷凝器)


 

二次蒸汽由冷凝器的下側進入,向上通過隔板間隙,與從冷凝器上部進入的冷水逆流接觸冷凝,不凝氣體由上端排除,進入汽液分離器,將液滴分離后,再被抽真空裝置吸取排入大氣中,應用廣泛。


 

b.表面式冷凝器


 

通過管壁間接加熱,加之壁垢的存在,兩邊的溫差大,其冷卻水利用浪費大,應用較少。


 

c.低水位冷凝器


 

降低大氣式冷凝器的高度,依靠抽水泵來排出冷凝水。其特點是降低了安裝高度,可在室內安裝,且具有氣壓式冷凝器的優點,但由于配有抽水泵,且管路嚴密和較高的真空吸頭,其投資大。


 

(3)水力噴射器:


 

 


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